问题 问答题

某化学小组在实验室模拟用软锰矿(主要成分MnO2,杂质为铁及铜的化合物等)制备高纯碳酸锰,过程如下(部分操作和条件略):

① 缓慢向烧瓶中(见图)通入过量混合气进行“浸锰”操作,主要反应原理为:

SO2+ H2O = H2SO3

MnO2+ H2SO3 = MnSO4+ H2O

(铁浸出后,过量的SO2 会将Fe3+还原为Fe2+

② 向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO2粉末。

③ 再用Na2CO3溶液调节pH为3.5左右,过滤。

④ 调节滤液pH为6.5~7.2 ,加入NH4HCO3 ,有浅红色的沉淀生成,过滤、洗涤、干燥,得到高纯碳酸锰。

回答:

(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6 的生成,温度对“浸锰”反应的影响如下图,为减少MnS2O6的生成,“浸锰”的适宜温度是          

(2)查阅表1,③中调pH为3.5时沉淀的主要成分是      。②中加入一定量纯MnO2粉末的主要作用是        ,相应反应的离子方程式为         

表1:生成相应氢氧化物的pH

物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2
开始沉淀pH2.77.68.34.7
完全沉淀pH3.79.69.86.7
 

(3)③中所得的滤液中含有Cu2+,可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu2+,经过滤,得到纯净的MnSO4。用平衡移动原理解释加入MnS的作用_________________。

(4)④中加入NH4HCO3 后发生反应的离子方程式是____________________。

(5)检验④中沉淀是否洗涤干净的方法是          

答案

(12分)

(1)150℃ (或150℃以上)(1分)

(2) Fe(OH)3   (1分)

将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去(2分)

        MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O , MnO2+SO2 = Mn2+ + SO42-  (2分)

(3)MnS(s)Mn2+(aq)+S2-(aq)

生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去。(2分)

(4)Mn2+2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O  (2分)

(5)取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净。(2分)(其他答案合理,给分)

题目分析:(1)根据图1和图2,150℃以上时,副产物MnS2O6 的生成率低,Mn2 的浸出率高,答案:150℃ (或150℃以上)(1分)

(2)pH在2.7到3.5之间时沉淀主要成分是Fe(OH),答案:Fe(OH)3 1分)

Fe2 在pH为7.6到9.6之间沉淀,而此时Mn2 也产生沉淀,无法分离,故要将Fe2 氧化成Fe3 以便在pH小于8.7时沉淀,与Mn2 分离,故答案:将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去(2分)

MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O , MnO2+SO2 = Mn2+ + SO42-  (2分)

(3)Cu2 +MnSMn2+CuS,沉淀的转化,由溶解度较大的MnS转化为溶解度较小的CuS,原理见答案。答案:

MnS(s)Mn2+(aq)+S2-(aq)

生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去。(2分)

(4)④中加入NH4HCO3 后发生反应的产生MnCO3沉淀,离子方程式为:Mn2+2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O ,答案:Mn2+2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O (2分)

(5)检验④中沉淀是否洗涤干净,就是检验洗涤液中有无SO42―,答案为:取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中,滴加酸化的BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,则沉淀洗涤干净;反之则未洗干净。(2分)(其他答案合理,给分)

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